The critical parameters of the human health impact calculation

There are many LCA methods and models (e.g. CML 1992, Eco-Indicator 95, IMPACT 2002+, TRACI, USEtox, etc.), used to characterize environmental impacts. Only four LCIA methods include spatial dimension at different geographical levels: Impact World+, LC-IMPACT, EDIP 2003 and USEtox (Bratec et al., 2019). Among these, three (Impact World+, EDIP 2003 and USEtox) include a human health impact category: human toxicity. The USEtox model, recommended by the European Commission, has already proved its efficiency for the coupling of environmental and geochemical studies. The Characterization factors of the USEtox describe environmental fate (FF) of the chemicals, their non- and carcinogenic effect (EF), direct and the indirect exposure (XF). All these factors vary depends on the applicable area. However, despite all advantages of the model, its geographical customization is rather generic. This paper presents the utilization of the already published case study (Belyanovskaya et al., 2019: 2020) with the indirect human exposure factor modification. The investigation present the modified biotransfer factor of the metals (Cr, Zn, Sb, As, Ba) of the meat product calculated specifically for different location inside the area “Central Asia”. The paper extends already published results with local data of the city of Vladivostok (Russia)

Дослідження властивостей композитних адсорбційних матеріалів «силікагель – кристалогідрат» для теплоакумулюючих пристроїв

Heat energy storage is one of the most common technical solutions in the conditions of operation of low-potential and renewable energy sources. Adsorption heat energy storage devices based on the composite media “silica gel – salt” are the most effective in these conditions. The technique and technology of sol-gel synthesis of the composite adsorption materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” have been developed. A special feature of this technique is a two-stage process involving the formation of silicon phase nuclei in the interaction of aqueous solutions of silicate glass and sulphuric or acetic acids in the presence of a polymeric quaternary ammonium salt and subsequent coarsening of the particles with the gradual addition of solutions of silicate glass and the corresponding acids. The essence of the technology consists in successive stages of formation and integration of the silicic phase nuclei, hydrolysis of functional OH- groups, filtration and drying of the fine precipitate. A qualitative difference in the adsorption properties of the synthesized composites and the mechanical mixture of salt – silica gel with sorption capacity inferior to them on average by 30% is revealed by differential thermal analysis. The processes of application of the composite adsorption materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” obtained by the sol-gel method have been studied. A qualitative difference in the kinetics of adsorption of water by the composite adsorbents is shown as compared to massive salts. It is established that the amount of heat of adsorption of water vapor by the composite adsorbents of the materials “silica gel – sodium sulfate” and “silica gel – sodium acetate” is approximately 30 % greater than the linear superposition of salt and silica gel.Изучены процессы применения композитных адсорбционных материалов «силикагель – сульфат натрия» и «силикагель – ацетат натрия», полученных золь – гель методом. С помощью дифференциально-термического анализа выявлено качественное отличие адсорбционных свойств синтезированных композитов и механической смеси соль – силикагель, адсорбционная емкость которой уступает им в среднем на 30 %. Установлено, что теплоты адсорбции водяного пара композитными адсорбентами материалов «силикагель – натрий сульфат» и «силикагель – натрий ацетат» примерно на 30% больше, чем линейная суперпозиция соли и силикагеляВивчено процеси застосування композитних адсорбційних матеріалів «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат», отриманих золь – гель методом. За допомогою диференційно-термічного аналізу виявлено якісну відмінність адсорбційних властивостей синтезованих композитів та механічної суміші сіль – силікагель, сорбційна ємність якої поступається їм в середньому на 30 %. Встановлено, що теплоти адсорбції водяної пари композитними адсорбентами матеріалів «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат» близько на 30 % більше, ніж лінійна суперпозиція солі та силікагел

ТЕХНОЛОГИЯ МОДИФИКАЦИИ МОНТМОРИЛЛОНИТА ПОЛИИОНЕНАМИ

Technology of obtaining montmorillonite modified by polyionenes is developed. Macromolecular polymer intercalation of a quaternary ammonium salt of montmorillonite intercrystalline space is shown to be accompanied with increased interlayer distances from 1.08 nm to 1.67 nm. The technique of synthesis of montmorillonite modified by polyionenes is suggested. Optimal conditions for sorption of polyionenes molecules with montmorillonite are found to be: the concentration of aqueous dispersion of montmorillonite is 1 %, the temperature of the reaction medium is 40 °C, the montmorillonite-polyionene ratio is 3 : 1, the processing time is 24 hours. The mechanism of montmorillonite modification is suggested to involve the next steps: connection of organic cations to montmorillonite surface determined by attachment of organic cations to exchange position during ion-exchange adsorption and adsorption of organic cations with acid sylanol groups, i.e. torn bonds on crystal faces. These processes are shown to result in more perfect structure by organic cations adsorption with acid sylanol groups (torn bonds on crystal faces).Розроблено технологію отримання монтмориллоніту, модифікованого полііоненами. Показано, що інтеркаляція високомолекулярних полімерів четвертинної амонієвої солі монтморіллонітного міжкристалічного простору супроводжується збільшенням міжшарової відстані від 1.08 нм до 1.67 нм. Запропоновано методику синтезу монтмориллоніту, модифікованого полііоніенами. Виявлено оптимальні умови для сорбції молекул полііонінів з монтмориллонітом: концентрація водної дисперсії монтмориллоніту становить 1 %, температура реакційного середовища 40 °С, співвідношення монтмориллоніту-полііонену 3 : 1, час обробки 24 годин Запропонований механізм модифікації монтморіллоніту включає наступні стадії: з'єднання органічних катіонів з поверхнею монтмориллоніту, що визначається приєднанням органічних катіонів до обмінної позиції при адсорбції та адсорбцію органічних катіонів з кислотними синанольними групами, тобто розірваними зв'язками на поверхнях кристалів. Показано, що ці процеси призводять до більш досконалої структури за рахунок адсорбції органічних катіонів кислотними синанольними групами (розірваними зв'язками на поверхнях кристалів).Разработана технология получения монтмориллонита, модифицированного полионенами. Показано, что интеркаляция макромолекулярного полимера четвертичной аммониевой соли межмолекулярного пространства монтмориллонита сопровождается увеличением межслоевых расстояний от 1.08 нм до 1.67 нм. Предложена методика синтеза монтмориллонита, модифицированного полионинами. Найдены оптимальные условия для сорбции молекул полионенов с монтмориллонитом: концентрация водной дисперсии монтмориллонита составляет 1 %, температура реакционной среды – 40 °C, отношение монтмориллонит-полиионен составляет 3 : 1, время обработки 24 ч. Предполагается, что механизм модификации монтмориллонита включает следующие стадии: подключение органических катионов к поверхности монтмориллонита, определяемое присоединением органических катионов к обменному положению при ионообменной адсорбции и адсорбции органических катионов кислотными силановыми группами, тобто розорванными  связями на поверхностях кристаллов. Показано, что эти процессы приводят к более совершенной структуре путем адсорбции органических катионов кислотными группами силанола (разрывы связей на поверхностях кристаллов)

ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЦІЙНИХ РЕГЕНЕРАТОРІВ ТЕПЛОТИ ТА ВОЛОГИ НА ОСНОВІ КОМПОЗИТІВ «СИЛІКАГЕЛЬ – НАТРІЙ СУЛЬФАТ» ТА «СИЛІКАГЕЛЬ – НАТРІЙ АЦЕТАТ»

Operational parameters of adsorptive regenerator of low-potential heat and moisture based on composite adsorbents  «silica gel - sodium sulphate» and «silica gel  – sodium acetate» synthesized by sol – gel method were studied. Correlation of the parameters such as airflow rate, switching period, and temperatures of internal and external air, temperature efficiency factor was stated. Purposeful changing the temperature efficiency factor in rather wide ranges is shown when the switching period and airflow rate variated. Maximal values of temperature efficiency factors are stated at the airflow rates and switching over time of at most 0.22 – 0.32 m/s and 5 – 10 min., when composite «silica gel – sodium sulphate» used. Regenerators based on composites «silica gel – sodium sulphate» are stated to surpass devices based on «silica gel – sodium acetate» by at least 9 – 10 % of temperature efficiency factors. Efficiency of adsorptive regenerators is revealed to be affected by the meteorological conditions. Maximal values of temperature efficiency factor of regenerators based on composites «silica gel – sodium sulphate» are corresponded with the external air temperature of –5 – 0 °C and internal air temperature of 15 – 16 °C.  Исследованы эксплуатационные параметры адсорбционного регенератора низкопотенциального тепла и влаги на основе композитных адсорбентов «силикагель - натрий сульфат» и «силикагель - натрий ацетат», которые синтезированы золь-гель методом. Установлена корреляция таких параметров, как скорость воздушного потока, период переключения, температуры внутреннего и наружного воздуха, температурного коэффициента полезного действия. Показана целенаправленное изменение коэффициента полезного действия в достаточно широких диапазонах при изменении времени изменения направления и скорости воздушного потока. Максимальные значения температурных коэффициентов полезного действия установлено при скорости воздушного потока и времени переключения в течение времени не более 0.22 – 0.32 м / с и 5 – 10 мин. соответственно при использовании композита «силикагель - натрий сульфат».Досліджено експлуатаційні параметри адсорбційного регенератора низькопотенційного тепла та вологи на основі композитних адсорбентів  «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат», які синтезовано  золь-гель методом. Встановлено кореляцію таких параметрів, як швидкість повітряного потоку, період перемикання, температури внутрішнього та зовнішнього повітря, температурного коефіцієнта корисної дії. Показана цілеспрямована зміна коефіцієнта корисної дії в досить широких діапазонах при зміні часу зміни напрямку та швидкості повітряного потоку. Максимальні значення температурних коефіцієнтів корисної дії встановлено при швидкості повітряного потоку і часу перемикання протягом часу не більше 0.22 – 0.32 м/с та 5 – 10 хв. відповідно при використанні композиту «силікагель – натрій сульфат

ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ НОВИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ АДСОРБЦІЙНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ ТИПУ «СИЛІКАГЕЛЬ – КРИСТАЛОГІДРАТ»

This article is focused on sol-gel technology of industrial production of composite sorbents «silica gel – sodium sulphate» and «silica gel – sodium acetate», which includes the next stages: preparation of aqueous solution of silicate glass and polymer quaternary ammonium salt (PQAS), formation of nuclei of the silicate phase, formation of silicon-oxygen matrix, drying and fractionation of sorbent. According to the developed technology, sorbents were prepared with a granula size of 3 – 5 mm. Bulk density is stated to be of 0.72 g/cm3 and 0.65 g/cm3 for composites «silica gel – sodium sulphate» and ‘silica gel – sodium acetate’. It is shown that composite sorbents are characterized by high water adsorption at the level of 0.42 – 0.66 g/g. Temperatures of regeneration of composites «silica gel – sodium sulphate» and ‘silica gel – sodium acetate’ are stated to be of 90 °C and 60 °C. Heats of adsorption of composites «silica gel – sodium sulphate» and «silica gel – sodium acetate» are 2200 kJ/kg and 1400 kJ / kg, respectively.Статья посвящена золь-гель технологии промышленного производства композиционных сорбентов «силикагель – Na2SO4» и «силикагель – СН3СООNa», включающий следующие стадии: подготовка водного раствора силикатного стекла и полимерной соли четвертичного аммония (ПЧАС), формирование ядер силикатной фазы, образование кремний-кислородной матрицы, сушку и фракционирование сорбента. По разработанной технологии сорбенты готовились с размером гранул 3 - 5 мм. Насыпная плотность составляет 0.72 г/см3 и 0.65 г/см3 для композитов «силикагель – сульфат натрия» та «силикагель – ацетат натрия». Показано, что композиционные сорбенты характеризуются высокой адсорбционной емкостью на уровне 0,42 - 0,66 г воды/г адсорбента. Температура регенерации композитов «силикагель – сульфат натрия» и «силикагель – ацетат натрия» составляет 90°С и 60°С. Теплота адсорбции композитов «силикагель – сульфат натрия» и «силикагель – ацетат натрия» равна 2200 кДж/кг и 1400 кДж/кг.Стаття присвячена золь-гель технології промислового виробництва композиційних сорбентів «силікагель – Na2SO4» і «силікагель – СН3СООNa», що включає наступні стадії: підготовка водного розчину силікатного скла і полімерної солі четвертинного амонію (ПЧАС), формування ядер силікатної фази, утворення кремній-кисневої матриці, сушіння та фракціонування сорбенту. За розробленою технологією сорбенти готувалися з розміром гранул 3 – 5 мм. Насипна густина складає 0.72 г/см3 та 0.65 г/см3 для композитів «силікагель – натрій сульфат» та «силікагель – натрій ацетат». Показано, що композиційні сорбенти характеризуються високою адсорбційною ємністю на рівні 0.42 – 0.66 г води/г адсорбенту. Температура регенерації композитів «силікагель - натрій сульфат» і «силікагель - натрій ацетат» становить 90 °С і 60 °С. Теплота адсорбції композитів «силікагель – натрій сульфат» і «силікагель – натрій ацетат» дорівнює 2200 кДж/кг і 1400 кДж/кг.

Influence of local geological data and geographical parameters to assess regional health impact in LCA. Tomsk oblast’, Russian Federation application case

The research paper is aimed to modify the human health impact assessment of Cr in soils. The current article presents the input of several critical parameters for the human health Impact Score (IShum) assessment in soils. The modification of the IShum is derived using geological data — results of neutron activation analysis of soils are used in the IShum calculation; research area is divided using the watersheds and population size and density. Watersheds reflect the local environmental conditions of the territory unlike the administrative units (geographical areas of the studied region) due to their geological independence. The calculations of the characterization factor value underestimate the influence of the population size and density on the final result. Default characterization factor values cannot be considered during the assessment of the potential human health impact for the big sparsely inhabited areas. In case of very low population density, the result will be overrated and underestimated in the opposite case. The current approach demonstrates that the geographical separation in the USEtox model should be specified. The same approach can be utilized for other geo zones due to the accessibility of this information (area size, population size, and density, geological, and landscape features)

ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ НАНОКОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ПОЛІАМІДА-6 ТА ОРГАНОМОДИФІКОВАНОГО МОНТМОРИЛОНІТА

The obtaining technology of nanocomposites based on polyamide-6 and organomodified montmorillonite is developed. The technological parameters of extrusion and injection molding, and their influence on the formation of nanoscale inorganic phase of the polyamide are investigated. Morphology and thermal behavior of polyamide-6, composites based on polyamide-6 and modified montmorillonite are studied by WAXS, XRD, DTA and DSC data. Morphology and thermal behavior of polyamide-6 and composites based on polyamide-6 and modified montmorillonite are shown to be in a strong juxtaposition. New γ-phase formation is revealed in composite polyamide-6 – 1–2 % of modified montmorillonite in contrast with polyamide-6 and mechanical mixtures of polyamide-6 and montmorillonite. Optimal concentrations of modified montmorillonite in the composites stated as 1 – 2 % are shown to correspond with composites improved properties as compared to initial polyamide-6. It is explained by increasing crystallinity degree, which resulted from acting of modified montmorillonite particles as nucleation heterogenetic agents.Разработана технология получения нанокомпозитов на основе полиамида-6 и органомодификованого монтмориллонита. Исследованы технологические параметры экструзии и литья под давлением и их влияние на формирование нанодисперсных неорганической фазы полиамида. Морфология и термическое поведение полиамида-6, композитов на основе полиамида-6 и модифицированного монтмориллониту, изучены с помощью WAXS, XRD, DTA и DSC. Показано качественное различие морфологии и термической поведения полиамида-6 и композитов на основе полиамида-6 и модифицированного монтмориллониту находятся в сильном сопоставлении. При составе полиамида-6 – 1–2% модифицированного монтмориллонита по сравнению с полиамидом-6 и механическими смесями полиамида-6 и монтмориллонита обнаружено новое образование γ-фазы. Показано, что оптимальные концентрации модифицированного монтмориллонита в композитах, которые составляют 1–2%, соответствуют улучшенным свойствам композицитив по сравнению с исходным полиамида-6. Это объясняется увеличением степени кристаличности, возникающем вследствие действия модифицированных частиц монтмориллонита как зародышевых гетерогенных агентов.Розроблено технологію отримання нанокомпозитів на основі поліаміду-6 та органомодифікованого монтморилоніту. Досліджено технологічні параметри екструзії та лиття під тиском та їх вплив на формування нанодисперсної неорганічної фази поліаміду. Морфологія та термічна поведінка поліаміду-6, композитів на основі поліаміду-6 та модифікованого монтмориллоніту, вивчені за допомогою WAXS, XRD, DTA та DSC. Показана якісна відмінність морфології та термічної поведінки поліаміду-6 та композитів на основі поліаміду-6 і модифікованого монтмориллоніту перебувають у сильному зіставленні. При складі поліаміду-6 – 1–2% модифікованого монтморіллоніту в порівнянні з поліамідом-6 та механічними сумішами поліаміду-6 та монтморилоніту виявлено нове утворення γ-фази. Показано, що оптимальні концентрації модифікованого монтмориллоніту в композитах, які вказані як 1–2%, відповідають поліпшеним властивостям композицитів у порівнянні з вихідним поліамідом-6. Це пояснюється збільшенням ступеня кристалинності, що виникає внаслідок дії модифікованих монтморилонітних частинок як зародкових гетерогенних агентів

Adsorptive Solar Refrigerators Based on Composite Adsorbents ’Silica Gel – Sodium Sulphate’

The operation processes of adsorptive solar refrigerators based on composite adsorbents ‘silica gel - sodium sulphate’ were studied. The correlation between the adsorbent composition and the coefficient of the energy performance of the device was stated. As a consequence of the decreasing of adsorbent mass, the coefficient of performance is increased when sodium sulphate content in the composite increased. Effect of the regeneration process parameters on the composite on the coefficient of performance of the adsorptive refrigenerator was stated. The growth of the coefficient of performance is shown to result from decreasing the difference between adsorbent temperature and regeneration temperature from 85 to 55°C. The maximum values of the coefficient of performance of studied solar adsorptive refrigenerator about of 1.14 are stated for composites containing about 20 wt. % silica gel and 80 wt. % sodium sulphate

Comprehensive geochemical research of the environmental components in endemic areas of Transbaikalia

Актуальность исследования. Болезнь Кашина-Бека (уровская болезнь) является классическим примером класса эндемических болезней. Однако, в отличие от других болезней, для данного заболевания до сих пор не установлена причина возникновения. В настоящее время в научной литературе обсуждается более 20 теорий и гипотез, объясняющих этиологию и факторы болезни. Приоритетной теорией является биогеохимическая, согласно которой возникновение и течение болезни зависит от фактора окружающей среды (недостаток/избыток химических элементов или соединений). В связи с этим изучение химического состава компонентов окружающей среды в районе распространения болезни Кашина-Бека является актуальным. Цель: оценка геохимических особенностей компонентов природной среды на территории юго-восточного Забайкалья - района распространения болезни Кашина-Бека. Объекты: компоненты природной среды - почва, донные отложения, природные воды (поверхностные, подземные), солевые отложения питьевых вод, керн годовых колец деревьев, листья тополя, лишайники, мхи, полынь, картофель, волосы детей, кости свиньи домашней. Методы: элементный состав изученных компонентов природной среды определен методами инструментального нейтронно-активационного анализа и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Обработка полученных данных включала нормирование содержания химических элементов относительно фоновых показателей (кларк ноосферы, вода оз. Байкал) и расчет индикаторных отношений. Результаты. Изучено содержание 26 (по данным инструментального нейтронно-активационного анализа) и 62 (по данным массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой) химических элементов в 13 компонентах природной среды. В элементном составе всех изученных компонентов выявлена региональная геохимическая ассоциация (Zn-Pb-Ba-Sb-As-Bi-Au), связанная с особенностями металлогении района. Для проведения будущих исследований наиболее информативными компонентами являются природные воды, костная ткань, волосы детей. Наиболее контрастная геохимическая специализация окружающей среды формируется в населенных пунктах, где по литературным данным наблюдались максимальные уровни заболеваемости болезни Кашина-Бека. Этиология болезни носит многофакторный характер: в развитии заболевания большую роль играют природные условия, что приводит к дисбалансу элементного состава компонентов окружающей среды и, соответственно, организма человека.The relevance of the research. Kashin-Beck disease, or Urov disease, is a classic example of endemic diseases. However, unlike other diseases, the cause of this one has not yet been determined. Currently, the scientists discuss more than 20 theories and hypotheses that explain its etiology and factors. The priority theory is the biogeochemical one, according to which the occurrence and history of the disease depends on the environmental factor (lack/excess of chemical elements or compounds). In this regard, the study of the environmental geochemistry in the area of Kashin-Beck disease is relevant. The main aim of the research is to assess the environmental components geochemical features in the territory of south-eastern Transbaikalia, area of Kashin-Beck disease distribution. Objects: environmental components - soil, bottom sediments, natural waters (surface, underground), drinking water salt sediments, core of tree rings, poplar leaves, lichen, moss, wormwood, potato, children's hair, bones of domestic pig. Methods: instrumental neutron activation analysis and inductively coupled plasma mass spectrometry for detection of chemical composition of environmental components; processing of the obtained data included normalization of chemical elements content relative to background values (the noosphere clarke, water of Lake Baikal) and calculation of indicative ratios. Results. The content of 26 (instrumental neutron activation analysis) and 62 (inductively coupled plasma mass spectrometry) chemical elements in 13 environmental components was studied. In the element composition of all the studied components, a regional geochemical association (Zn-Pb-Ba-Sb-As-Bi-Au) was identified, associated with the features of the regional metallogeny. For future research, the most informative components are natural waters, bone tissue, and children's hair. The most contrasting geochemical specialization of the environment is formed in settlements where, according to literature data, the maximum incidence of Kashin-Beck disease is observed. The disease etiology is multifactorial: natural conditions play an important role in the development of the disease, which leads to an imbalance in the element composition of the environmental components and, respectively, the human body